JP6969744B2 - 真空冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱調理された食品などの被冷却物を処理槽内に収容し、処理槽内を減圧することによって被冷却物内の水分を蒸発させ、蒸発による気化熱によって被冷却物を急速に冷却する真空冷却装置に関するものである。

特開２０１７−１６１１１８号公報に記載があるように、被冷却物を収容している処理槽内の気体を外部へ排気し、処理槽内を減圧することで、処理槽内の圧力を処理槽内に収容している被冷却物の飽和蒸気圧力よりも低下させ、被冷却物内から水分を蒸発させることにより、その気化熱を利用して被冷却物の冷却を図る真空冷却装置が知られている。被冷却物を収容している処理槽内を減圧し、処理槽内での沸点を被冷却物の温度よりも低下させると、被冷却物中の水分が蒸発し、その際に被冷却物から気化熱を奪うため、被冷却物を短時間で冷却することができる。給食センターなどにおいては、加熱調理食品を冷却する際に細菌が繁殖しやすい温度帯をできるだけ早く通過させることが要望されており、真空冷却装置であれば短時間で被冷却物の中心部まで冷却が可能であるために広く用いられている。

真空冷却装置には、目標とする被冷却物の冷却温度を設定しておき、処理槽内に収容した被冷却物の温度が目標温度になるまで処理槽内を減圧しての真空冷却を行う。真空冷却では、目標温度が決まればその温度に対応する圧力まで処理槽内を減圧することで被冷却物の冷却を行える。真空冷却装置では処理槽内の圧力を検出する圧力検出装置を設置しておき、目標の圧力まで減圧するとその圧力で維持するように制御する。処理槽内を目標圧力まで減圧し、被冷却物内から水分を蒸発させると、気化熱によって被冷却物の温度は低下し、被冷却物の温度が所望の目標温度以下になると、冷却を終了する。

冷却を終了した段階では処理槽内は高真空となっており、その状態では処理槽の扉を開くことができないため、処理槽内へ空気を導入して処理槽内を大気圧まで戻す真空解除の工程を行う。処理槽内が大気圧に戻ると、真空冷却装置では工程終了の合図を出力し、合図を受けて処理槽の扉を開き、処理槽内から被冷却物を取り出すことで１バッチの工程を終了する。

以上のように真空冷却装置の制御は処理槽内の圧力に基づいて行っている。圧力の検出は、大気圧を基準としたゲージ圧と、絶対真空を基準とした絶対圧がある。大気圧を基準としたゲージ圧に基づいて真空冷却運転を行った場合、気圧の変化によって冷却温度や状態がばらつく問題があった。気圧は大気の状態によって常に変動しており、気圧が高い日には、大気圧から所定圧力差分低下させたゲージ圧での目標圧力は、絶対圧で換算すると相対的に高い値となる。減圧した状態での圧力が高いと冷却に時間がかかり、さらには目標温度まで低下しないことも考えられる。一方で絶対圧に基づいて真空冷却の運転を行う場合、真空解除工程で処理槽内は周囲の圧力と同じ大気圧まで戻っていても、気圧が低い場合の大気圧は絶対圧を基準とした１気圧より低いことになる。この場合運転制御装置では、１気圧を真空解除工程の終了圧力としていると、いつまでたっても終了圧力には到達しなことになり、工程終了の判定が行われないことになる。

特開２０１７−１６１１１８号公報

本発明が解決しようとする課題は、処理槽内を減圧することで処理槽内の被冷却物を冷却する真空冷却装置であって、処理槽内の圧力を検出して真空冷却の工程を行うようにしている真空冷却装置において、大気圧の変動に影響されず適切な運転制御を行うことのできる真空冷却装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、被冷却物を収容する処理槽と、処理槽内の気体を吸引する真空発生装置を持ち、処理槽内を真空化することで処理槽内に収容している被冷却物の冷却を行う真空冷却装置であって、処理槽内の圧力を検出する圧力検出装置を設けておき、被冷却物の冷却を行う冷却工程時には、前記圧力検出装置での検出圧力が目標圧力となるまで処理槽内部を減圧し、冷却工程を終了すると処理槽内を大気圧に戻す真空解除工程を行うようにしている真空冷却装置において、前記処理槽内の圧力を検出する圧力検出装置は絶対圧を検出する圧力検出装置とし、圧力検出装置によって冷却運転開始時における気圧を検出して保存するようにしておき、処理槽内を減圧する冷却工程時には処理槽内圧力を絶対圧で検出して圧力制御を行い、真空解除工程では処理槽内圧力が前記の保存しておいた運転開始時圧力から余裕度を減算した値に到達した場合に終了判定を行うものであることを特徴とする。

本発明を実施することにより、冷却工程と真空解除工程での制御を、周囲の気圧変化に影響されず適切に行うことができるようになる。

本発明を実施している真空冷却装置の実施例でのフロー図 本発明を実施している真空冷却装置の運転工程例を示したフローチャート

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施している真空冷却装置の実施例でのフロー図、図２は本発明を実施している真空冷却装置の運転工程例を示したフローチャートである。真空冷却装置は、被冷却物７を収容する処理槽２と、処理槽２内の気体を排出する真空発生装置１を持つ。真空冷却装置は、処理槽２内を減圧することで処理槽２内に収容した被冷却物内の水分を蒸発させるものであり、蒸発時の気化熱によって処理槽２に収容した被冷却物７の冷却を行う。

真空発生装置１は真空配管９で処理槽２と接続しており、処理槽２内の気体は真空発生装置１を作動することで真空配管９を通して排出する。真空配管９の途中には、処理槽２から吸引してきた気体を冷却するための熱交換器８を設けておく。処理槽から吸引している気体は被冷却物内から蒸発させた蒸気を含んでおり、水分は蒸気になると体積が大幅に大きくなるため、そのままでは大容積の蒸気を真空発生装置１へ送ることになり、それでは真空発生装置１の効率が悪くなる。そのために真空配管９の途中に熱交換器８を設けており、熱交換器８で吸引気体の冷却を行うことで蒸気を凝縮させ、真空発生装置１で排出しなければならない気体の体積を縮小する。熱交換器８には冷却用の冷水を供給する冷水ユニット３を接続しており、冷水ユニット３と熱交換器８の間で冷水の循環を行わせるようにしている。熱交換器８で分離した凝縮水は、熱交換器８の下方に設置している凝縮水タンクにためておき、冷却運転終了後に凝縮水タンクから排出する。

処理槽２には処理槽内の圧力を計測する圧力検出装置５と、被冷却物７の温度を計測する温度検出装置４を設けておく。圧力検出装置５で計測した処理槽内の圧力と温度検出装置４で計測した被冷却物の温度は、真空冷却装置の運転を制御する運転制御装置６へ出力する。運転制御装置６は、真空発生装置１や真空解除弁１０など、真空冷却装置の各機器を制御することで真空冷却装置の運転を行うものである。運転制御装置６では、経過時間や温度検出装置５で計測している被冷却物７の温度、圧力検出装置５で計測している処理槽内圧力などに基づいて各装置を制御する。真空解除弁１０は処理槽２内に外気を取り込むためのものであり、処理槽内を高真空として被冷却物の冷却を行った後、真空解除弁１０を開くことで処理槽内に外気を導入し、処理槽内を大気圧に戻す。また真空解除弁１０は、真空発生装置１を作動させた状態で真空解除弁１０を開閉し、処理槽２内へ外気を導入することにより、処理槽２内の圧力を調節することにも使用される。

真空冷却を行う場合、先に冷水ユニット３を作動し、熱交換器８のタンクに冷水を準備しておく。そして処理槽２内に被冷却物７を収容し、処理槽２の扉を閉じて処理槽２内を密閉した状態で真空発生装置１の作動を行う。真空発生装置１を作動すると、処理槽２内の空気が真空配管９を通して真空発生装置１へ送られ、真空発生装置１から系外へ空気を排出する。真空配管９を通して送られる空気は、熱交換器８を通る際に冷却されて体積を縮小する。特に空気中に蒸気が含まれていた場合、気体を冷却することで凝縮させると体積は大幅に縮小させることができる。

図２のフローチャートに基づいて運転工程を説明する。運転開始前に処理槽２内へ被冷却物７を収容し、冷却の準備を行っておく。運転制御装置６では、真空冷却運転を開始する前の処理槽２内が大気圧状態の時に圧力検出装置５で処理槽２内の圧力を検出し、運転開始時の絶対圧として運転制御装置６に保存しおく。冷却工程では、処理槽２を密閉した状態で真空発生装置１を作動し、処理槽２内の圧力を低下させる。真空発生装置１を作動すると処理槽２内の空気が排出され、処理槽２内の圧力が低下していく。減圧時には目標とする圧力を設定しておき、圧力検出装置５で検出している絶対圧の処理槽内圧力が目標圧力に到達するように真空発生装置１の運転を行い、必要に応じて真空解除弁１０を開閉することで圧力を調節する。被冷却物７の温度は、処理槽２内の圧力低下によって発生する被冷却物内水分の気化によって低下するため、処理槽２内の圧力によって被冷却物７の温度は定まる。運転制御装置６は、処理槽２内の圧力を被冷却物７の目標温度の対応する飽和圧力である目標制御圧力となるように圧力制御を行う。

この時、処理槽２内の圧力制御は圧力検出装置５で検出している絶対圧で行い、絶対圧で設定した目標圧力まで減圧することで、冷却工程時の圧力にバラツキが発生することを防止する。絶対圧に基づいて制御するため、周囲の気圧が変化していても処理槽内の圧力は毎回同じ値に制御されることになり、処理槽内の被冷却物７における蒸気の発生は一定となるため、被冷却物７の冷却状況は安定することになる。

処理槽２内の圧力を目標圧力に制御し、処理槽２内に収容している被冷却物７の温度が目標とする温度まで低下すると、冷却工程を終了して処理槽２内の真空解除工程を行う。冷却工程時には処理槽２内の圧力は低下しており、その状態では大気圧状態にある外部との圧力差があるために扉を開くことはできない。そのため、処理槽内に外気を導入する真空解除工程を行い、処理槽内が大気圧にほぼ等しくなるまで待つ必要がある。

真空解除工程では、真空発生装置１の運転を停止し、真空解除弁１０を開いて処理槽２内へ外気を取り込む。真空解除弁１０を開くと、処理槽２内は高真空、周囲は大気圧であるため、真空解除弁１０を通して大気圧状態の外気が処理槽２内に流れ込み、外気の取り込みによって処理槽２の圧力は大気圧へ向けて上昇していく。運転制御装置６では、圧力検出装置５で検出している処理槽内の絶対圧が、終了判定圧力値以上になったことを検出した場合に終了判定を行い、終了の合図を出力する。

終了判定圧力値は、保存しておいた運転開始時の圧力から余裕度分（α）を減算した値とする。終了判定圧力値も絶対圧で設定する。終了判定圧力値を１気圧（１０１３２５Pa）に設定しておくと、処理槽が標準の大気圧になった時に終了判定を行うことになるが、絶対圧を基準とした１気圧は標準状態での大気圧であり、その日の大気圧と同じではない。真空解除弁１０を開いても処理槽２内の圧力が周囲の気圧より高くなることはないため、気圧が低い日や標高が高い場所では、処理槽２内の圧力は絶対圧での１気圧に到達することはない。終了判定圧力値を固定の値としていた場合には、処理槽内の圧力が周囲の気圧に等しくなっていても終了判定圧力に達していないために終了判定を行えないということがある。

そのため、終了判定圧力値は保存しておいた運転開始時の気圧を基準とする。運転開始時の気圧を基準にすることで、日々変化する気圧のバラツキに影響されず、処理槽内が外部の気圧とほぼ等しい値まで復圧させた時に終了の判定を行うことができる。また、運転開始時の圧力＝終了判定値とした場合、測定誤差や気圧の低下が発生すると、処理槽内の圧力が大気圧に等しくなった状態でも、圧力検出装置５による計測値が終了判定値に到達しないということになり、終了判定を行うことができないことがある。運転開始時圧力−１０KPaを終了判定値とするなど、終了判定値は運転開始時の圧力から余裕度分低い値とすることで、測定誤差や気圧の変化が発生した場合でも終了の判定を行うことができる。運転制御装置６が真空解除終了の合図を出力した後に、処理槽２内から冷却の終わった被冷却物７の取り出しを行うことで、真空冷却工程が終了する。

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１ 真空発生装置
２ 処理槽
３ 冷水ユニット
４ 温度検出装置
５ 圧力検出装置
６ 運転制御装置
７ 被冷却物
８ 熱交換器
９ 真空配管
１０ 真空解除弁

Claims (1)

1. 被冷却物を収容する処理槽と、処理槽内の気体を吸引する真空発生装置を持ち、処理槽内を真空化することで処理槽内に収容している被冷却物の冷却を行う真空冷却装置であって、処理槽内の圧力を検出する圧力検出装置を設けておき、被冷却物の冷却を行う冷却工程時には、前記圧力検出装置での検出圧力が目標圧力となるまで処理槽内部を減圧し、冷却工程を終了すると処理槽内を大気圧に戻す真空解除工程を行うようにしている真空冷却装置において、前記処理槽内の圧力を検出する圧力検出装置は絶対圧を検出する圧力検出装置とし、圧力検出装置によって冷却運転開始時における気圧を検出して保存するようにしておき、処理槽内を減圧する冷却工程時には処理槽内圧力を絶対圧で検出して圧力制御を行い、真空解除工程では処理槽内圧力が前記の保存しておいた運転開始時圧力から余裕度を減算した値に到達した場合に終了判定を行うものであることを特徴とする真空冷却装置。
   
   

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